Una TC logrará ver los huesos a una escala 'nano'

El estudio de la osteoporosis será más sencillo con un método de tomografía computarizada que visualiza los huesos a escala nanométrica.

Franz Pfeiffer, junto al montaje experimental que ha desarrollado junto a su equipo en el sincrotrón Swiss Light Source del Instituto Paul Scherrer, donde se ha implantado el nuevo método de nanotomografía computarizada

Un nuevo método de nanotomografía desarrollado por un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Munich (TUM, por sus siglas en alemán), en Alemania, y los institutos Paul Scherrer (PSI, por sus siglas en inglés) y Federal de Tecnología, ambos en Zurich (Suiza), ha abierto la puerta a la visualización de estructuras diminutas a resoluciones nanométricas, permitiendo controlar imágenes de estructuras óseas frágiles en tres dimensiones, según se publica en el último número de Nature.

La osteoporosis se diagnostica casi exclusivamente mediante el establecimiento de una reducción general de la densidad ósea, pero esta aproximación aporta poca información de la estructura local asociada y los cambios en la densidad, igualmente importantes. El problema podría haber sido resuelto por el equipo de investigación dirigido por Franz Pfeiffer, profesor de Física Biomédica de la Universidad Técnica de Munich: "Mediante nuestro nuevo método de nanotomografía computarizada se podrán visualizar la estructura ósea y los cambios de densidad en alta resolución y tres dimensiones, permitiéndonos investigar los cambios estructurales relacionados con la osteoporosis a nanoescala y así desarrollar mejores aproximaciones terapéuticas".

El nuevo método mide no sólo la intensidad general del haz de luz absorbida por el objeto examinado desde diferentes ángulos, sino también aquellas partes de los haces de los rayos X que se desvían en diferentes direcciones (el fenómeno conocido en Física como difracción). Tal patrón de difracción se genera para cada punto de la muestra. Esto permite contar con más información acerca de la nanoestructura, ya que la radiación generada por los rayos X es particularmente sensible al más mínimo cambio en las estructuras. "Ya que tenemos que tomar y procesar muchas imágenes individuales con una precisión extrema, es muy importante emplear radiación de rayos X de alto brillo y detectores de píxeles de poco ruido y veloces, ambos disponibles en el sincrotrón Swiss Light Source", ha dicho Oliver Bunk, responsable del estudio en las instalaciones del sincrotrón del PSI.

Algoritmo al efecto

Los patrones de difracción se procesan mediante un algoritmo desarrollado por el equipo de investigación y que "genera imágenes de alta resolución y 3D de la muestra empleando unos cien mil patrones de difracción. Este algoritmo tiene en cuenta no sólo la absorción de rayos X clásica, sino también el significativamente más sensible contraste de fase de los rayos X", ha afirmado Martin Dierolf, investigador de la TUM y autor principal del artículo publicado en Nature.

Como muestra, el equipo de investigadores examinó un hueso superfino y de 25 micrómetros de un ratón de laboratorio, obteniendo resultados de gran precisión. Las imágenes mostraron incluso las pequeñas variaciones en la densidad ósea del especimen con exactitud.

Tres dimensiones

"Aunque el nuevo método de nanotomografía computarizada no consigue la resolución espacial disponible en el microscopio de electrones, puede generar imágenes de las muestras óseas en tres dimensiones, gracias a la gran penetración de los rayos X", ha dicho Roger Wepf, director del Centro de Microscopía de Electrones del Instituto de Tecnología de Zurich, que ha añadido que "el nuevo procedimiento destaca además por su gran capacidad para medir con precisión la densidad ósea". Este método permitirá llevar a cabo estudios más precisos en las etapas tempranas de osteoporosis y evaluar mejor los resultados terapéuticos de los estudios.

(doi:10.1038/nature094 19).

Adelantos conseguidos y por conseguir

Mejoras tecnológicas como el sincrotrón Swiss Light Source -por su estabilidad y resplandor- han permitido superar las limitaciones que la TC tenía para poder obtener una visualización tan precisa como la obtenida por el grupo germano-suizo. "El detector que empleamos en un contador de fotones que tiene una efectividad del cien por cien y además es silencioso", ha explicado a Diario Médico Pierre Thibault, investigador de la TUM, quien ha añadido que este avance ha sido posible no sólo gracias a la tecnología sino también "al progreso teórico de los últimos años acerca de cómo manejar la gran cantidad de datos que se recogen en los estudios". Preguntado acerca de los siguientes pasos que se pueden dar en el campo de la imagen, Thibault ha señalado que "se sabe que la técnica de rayos X de contraste de fase ofrece mejores imágenes que la técnica basada en la absorción, que es más habitual. Nosotros hemos hallado una forma eficiente y precisa de realizar la técnica de contraste de fase a una escala nanométrica. Ahora queremos mejorar la técnica para incrementar la resolución espacial y hacerla más manejable. En general, creo que el gran avance en la tomografía computarizada llegará con nuevos esquemas de imagen relacionados con la señal de contraste de fase".

Otras aplicaciones

La nueva técnica, que ha sido desarrollada en entidades académicas de Munich y Zurich, también es interesante para otras aplicaciones ajenas a la Medicina. Podrían beneficiarse de ella para desarrollar nuevos materiales o para la caracterización de componentes semiconductores. Además, la nanotomografía computarizada podría transferirse a las fuentes de rayos X basados en láser, tales como los que se encuentran en desarrollo en el Clúster de Excelencia Centro Munich para Fotónica Avanzada y el proyecto de investigación a gran escala aprobado recientemente y denominado Centro de Aplicaciones de Láser Avanzadas, de la TUM.

Fuente: Diario Medico